(57)【要約】【課題】トナーを使用して画像を形成する画像形成装置において、画像の形成に消費されるトナーの量を精度よく算出する。【解決手段】色変換後の画像データを、補正用テーブル２０１を参照して補正しながらアキュムレータ２０３により積算する。積算値に係数を乗じ、オフセット値を加算した値をトナー消費量とする。補正用テーブル２０１には、入力画像データと記録媒体上の実画像濃度との間の相関性から、記録媒体上におけるトナー付着量と実画像濃度との間の相関性の寄与分を差し引いた特性が格納されている。【選択図】図９
2007114595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像データに対応する画像を記録媒体上に形成する画像形成装置において、
前記入力画像データにより表される目標画像濃度と、前記記録媒体上に形成される画像の実画像濃度との間に所定の第１相関性が得られるように、前記入力画像データに対しデータ処理を施して出力画像データを生成するデータ処理手段と、
前記出力画像データに対応する画像を前記記録媒体上に形成する像形成手段と、
前記入力画像データ、および、前記入力画像データと前記記録媒体上へのトナー付着量との間の第２相関性に基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記トナー消費量算出手段は、前記入力画像データを補正しながら積算した値、または前記入力画像データの積算値を補正した値に基づいて前記トナー消費量を算出し、しかも、該補正を前記第２相関性に基づいて行う請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第２相関性は、前記第１相関性から、予め求められた前記記録媒体上の画像におけるトナー付着量と実画像濃度との間の第３相関性を差し引いたものである請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記像形成手段は、画像を一時的に担持する像担持体上に形成した画像を前記転写媒体に転写するように構成される一方、
前記像担持体上に形成されたパッチ画像の濃度を検出する濃度検出手段をさらに備え、
前記トナー消費量算出手段は、前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記第２相関性を取得する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記データ処理手段は、前記入力画像データに対し、前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記像形成手段のガンマ特性を補償するガンマ補正処理を含む前記データ処理を行って前記出力画像データを生成する請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記トナー消費量算出手段は、前記入力画像データと前記出力画像データとの相関性に基づいて前記第２相関性を取得する請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記トナー消費量算出手段は、前記第２相関性をテーブル化した補正テーブルを備え、該補正テーブルに基づき前記補正を行う請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記データ処理手段は、予め用意された複数の処理スクリーンの中から選択された１つを適用して中間調表現された前記出力画像データを得るスクリーン処理を含む前記データ処理を行う一方、
前記トナー消費量算出手段は、前記複数の処理スクリーンのそれぞれに対応する複数の前記補正テーブルを備える請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
入力画像データにより表される目標画像濃度と、記録媒体上に形成される画像の実画像濃度との間に所定の第１相関性が得られるように、前記入力画像データに対しデータ処理を施して出力画像データを生成し、該出力画像データに対応する画像を前記記録媒体上に形成する画像形成装置における、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出方法において、
前記入力画像データ、および、前記入力画像データと前記記録媒体上へのトナー付着量との間の第２相関性に基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出する
ことを特徴とするトナー消費量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トナーを使用して画像を形成する画像形成装置において、画像の形成に消費されるトナーの量を算出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機、ファクシミリ装置など、トナーを使用して画像を形成する電子写真方式の画像形成装置においては、トナー補給などメンテナンスの都合上、トナーの消費量あるいは残量を把握する必要がある。そこで、トナーの消費量を精度よく求めるための技術（以下、「トナーカウント技術」という）が従来より提案されている。例えば、特許文献１に記載のトナー消費量検出方法では、多階調表現された印刷ドットの階調値を１ページ分積算し、その積算値に所定の係数を乗じるとともに、画像形成に寄与せずに消費されるトナー量に相当するオフセット量を加えることにより、トナー消費量を求めている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６２８００号公報（段落００１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の画像形成装置では一般的に、所定の画像品質を得るため、入力された画像データに対してデータ処理を行っている。このようなデータ処理は、最終的に記録媒体上に形成される画像の濃度を所期の濃度に制御することを目的として行われる。一方、画像を構成するトナーの量と、その画像濃度との間には非線形な相関性があることが知られている。そのため、画像データと、当該画像データに対応する画像を構成するトナー量との間の関係も非線形となる場合がある。
【０００５】
上記従来技術の場合について言えば、各印刷ドットそれぞれに与えられた階調値はあくまで記録媒体上において所期の濃度が得られるように調整されたものであるから、上記のような非線形性を考慮すると、印刷ドットの値とトナー消費量とが比例するとは必ずしも言えない。しかしながら、上記従来技術ではこのような非線形性が考慮されておらず、トナー消費量の算出精度の点で改善の余地が残されていた。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、トナーを使用して画像を形成する画像形成装置において、画像の形成に消費されるトナーの量を精度よく算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる画像形成装置は、入力画像データに対応する画像を記録媒体上に形成する画像形成装置であって、上記目的を達成するため、前記入力画像データにより表される目標画像濃度と、前記記録媒体上に形成される画像の実画像濃度との間に所定の第１相関性が得られるように、前記入力画像データに対しデータ処理を施して出力画像データを生成するデータ処理手段と、前記出力画像データに対応する画像を前記記録媒体上に形成する像形成手段と、前記入力画像データ、および、前記入力画像データと前記記録媒体上へのトナー付着量との間の第２相関性に基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかるトナー消費量算出方法は、入力画像データにより表される目標画像濃度と、記録媒体上に形成される画像の実画像濃度との間に所定の第１相関性が得られるように、前記入力画像データに対しデータ処理を施して出力画像データを生成し、該出力画像データに対応する画像を前記記録媒体上に形成する画像形成装置における、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナー消費量算出方法であって、上記目的を達成するため、前記入力画像データ、および、前記入力画像データと前記記録媒体上へのトナー付着量との間の第２相関性に基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を算出することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、入力画像データにより示される目標画像濃度に対して所期の第１相関性を持った画像濃度で画像が形成される一方、トナー消費量については入力画像データとトナー付着量との間の第２相関性に基づいて求められるので、トナー消費量を精度よく求めることが可能である。
【００１０】
例えば、入力画像データを第２相関性に基づいて補正しながら積算した値、または、入力画像データの積算値を第２相関性に基づいて補正した値から、トナー消費量を算出することができる。
【００１１】
ここで、第２相関性は、第１相関性から、予め求められた記録媒体上の画像におけるトナー付着量と実画像濃度との間の第３相関性を差し引いたものとして求めることができる。記録媒体上におけるトナー付着量と画像濃度との相関性は、主にトナーの物性によって決まる関係である。したがって、第３相関性については、使用するトナーについて予め実験的に求めておくことができる。また、第１相関性は、入力画像データに対応する画像をどのような画像濃度で実現するかを示す特性であるから既知の特性である。そして、装置は、（入力画像データとトナー付着量との間の）第２相関性と、（トナー付着量と実画像濃度との間の）第３相関性とを合成した総合的な相関性が第１相関性となるように動作するから、第１相関性から第３相関性の影響を除去することで、第２相関性が得られる。
【００１２】
なお、入力画像データにより示される目標画像濃度と実画像濃度との間の第１相関性は必ずしも一義的なものではない。例えば、同じ入力画像データに対応して画像を形成するに際して、ユーザの希望により、あるいは画像の内容により、コントラストを強調して画像を表現する場合や、中間調の再現性を重視して表現する場合などがある。このような表現の差異に起因して、目標画像濃度と実画像濃度との間の対応関係、つまり第１相関性も当然に異なったものとなる。したがって、トナー消費量を算出する際に考慮される第２相関性についても、そのときの第１相関性に応じて定められるべきである。
【００１３】
また、この発明にかかる画像形成装置においては、画像を一時的に担持する像担持体上に形成した画像を前記転写媒体に転写するように、前記像形成手段を構成する一方、前記像担持体上に形成されたパッチ画像の濃度を検出する濃度検出手段をさらに設け、前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記第２相関性を取得するようにしてもよい。こうすることで、装置の周囲環境の変化や経時的な特性の変化によって第２相関性が変化した場合においても、トナー消費量を精度よく求めることができる。特に、前記データ処理手段が、前記入力画像データに対し、前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記像形成手段のガンマ特性を補償するガンマ補正処理を含む前記データ処理を行って前記出力画像データを生成するように構成された画像形成装置において、その効果が顕著である。
【００１４】
また、このように構成された装置では、前記入力画像データと前記出力画像データとの相関性に基づいて前記第２相関性を取得するようにしてもよい。ガンマ補正処理の前後における画像データの変化の態様から、第２相関性を推定することができるからである。
【００１５】
入力画像データまたはその積算値を第２相関性に基づいて補正する具体的な態様としては、例えば、第２相関性をテーブル化した補正テーブルを備えておき、該補正テーブルに基づき補正を行うことができる。特に、データ処理手段が、予め用意された複数の処理スクリーンの中から選択された１つを適用して中間調表現された出力画像データを得るスクリーン処理を含むデータ処理を行うように構成されている場合には、複数の処理スクリーンのそれぞれに対応して補正テーブルを備えておくことが望ましい。同じ入力画像データに対応する画像であっても、適用される処理スクリーンが異なれば表現のされ方も異なる。各処理ごとに補正テーブルを用いることにより、どのような画像を形成する場合でも、常にトナー消費量を精度よく求めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１はこの発明を好適に適用することのできる画像形成装置の構成例を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置１は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置１では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００１７】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置１本体に対し着脱自在となっている。
【００１８】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【００１９】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色の帯電トナーを担持するとともに所定の現像バイアスを印加された金属製の現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００２０】
各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、当該現像器に関する情報を記憶するための不揮発性メモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。そして、各現像器に設けられたコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋのうち必要に応じて選択された１つと、本体側に設けられたコネクタ１０９とが互いに接続され、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１とメモリ９１〜９４との間で通信が行われる。こうすることで、各現像器に関する情報がＣＰＵ１０１に伝達されるとともに、各メモリ９１〜９４内の情報が更新記憶される。なお、ＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間の通信は、上記のようにコネクタによる機械的接触によって行うものに限定されず、例えば無線通信などの非接触通信手段によってもよい。
【００２１】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。
【００２２】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。
【００２３】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００２４】
また、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０およびクリーナ７６が設けられている。濃度センサ６０は、必要に応じ、中間転写ベルト７１上に形成されるトナー像を構成するトナー量を光学的に検出する。すなわち、濃度センサ６０は、トナー像に向けて光を照射するとともに該トナー像からの反射光を受光し、その反射光量に応じた信号を出力する。クリーナ７６は、中間転写ベルト７１に対し離当接自在に構成され、必要に応じて中間転写ベルト７１に当接することで、該ベルト７１上の残留トナーを掻き落とす。
【００２５】
また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００２６】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００２７】
図３はこの装置における信号処理ブロックを示す図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が入力されると、メインコントローラ１１がその画像信号に対し所定の信号処理を施す。メインコントローラ１１は、色変換部１１４、階調補正部１１５、ハーフトーニング部１１６、パルス変調部１１７、階調補正テーブル１１８および補正テーブル演算部１１９などの機能ブロックを備えている。
【００２８】
また、エンジンコントローラ１０は、図２に示すＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０６、ＲＡＭ１０７以外に、露光ユニット６に設けられたレーザ光源を駆動するためのレーザドライバ１２１と、濃度センサ６０の検出結果に基づきエンジン部ＥＧのガンマ特性を示す階調特性を検出する階調特性検出部１２３を備えている。
【００２９】
なお、メインコントローラ１１およびエンジンコントローラ１０においては、これらの各機能ブロックはハードウェアにより構成されてもよく、またＣＰＵ１１１、１０１により実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。
【００３０】
ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１４がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データへ変換する。この色変換部１１４では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。色変換部１１４から出力されるＣＭＹＫ階調データは階調補正部１１５に入力される。
【００３１】
この階調補正部１１５は、色変換部１１４から入力された各画素のＣＭＹＫ階調データに対し階調補正を行う。すなわち、階調補正部１１５は、不揮発性メモリに予め登録されている階調補正テーブル１１８を参照し、その階調補正テーブル１１８にしたがい、色変換部１１４からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを、補正された階調レベルを示す補正ＣＭＹＫ階調データに変換する。この階調補正の目的は、上記のように構成されたエンジン部ＥＧのガンマ特性変化を補償して、この画像形成装置の全体的ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。
【００３２】
こうして補正された補正ＣＭＹＫ階調データは、ハーフトーニング部１１６に入力される。このハーフトーニング部１１６は誤差拡散法、ディザ法、スクリーン法などのハーフトーニング処理を行い、１画素１色当たり８ビットのハーフトーンＣＭＹＫ階調データをパルス変調部１１７に入力する。ハーフトーニング処理の内容は、形成すべき画像の種類により異なる。すなわち、その画像がモノクロ画像かカラー画像か、あるいは線画像かグラフィック画像かなどの判定基準に基づき、その画像に最適な処理内容が選択され実行される。
【００３３】
このパルス変調部１１７に入力されたハーフトーニング後のＣＭＹＫ階調データは、各画素に付着させるべきＣＭＹＫ各色の印刷ドットのサイズおよびその配列を示す多値信号であり、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１７は、そのハーフトーンＣＭＹＫ階調データを用いて、エンジン部ＥＧのＣＭＹＫ各色画像の露光レーザパルスをパルス幅変調するためのビデオ信号を作成し、図示を省略するビデオインターフェースを介してエンジンコントローラ１０に出力する。そして、このビデオ信号を受けたレーザドライバ１２１が露光ユニット６の半導体レーザをＯＮ／ＯＦＦ制御して各色成分の静電潜像を感光体２２上に形成する。このようにして画像信号に対応した画像形成を行う。
【００３４】
また、この種の画像形成装置では、装置のガンマ特性が装置個体ごとに、また同一の装置においてもその使用状況によって変化する。そこで、このようなガンマ特性のばらつきが画像品質に及ぼす影響を除くため、所定のタイミングで、前記した階調補正テーブル１１８の内容を画像濃度の実測結果に基づいて更新する階調制御処理を実行する。
【００３５】
この階調制御処理では、各トナー色毎に、ガンマ特性を測定するために予め用意された階調補正用の階調パッチ画像がエンジン部ＥＧによって中間転写ベルト７１上に形成され、各階調パッチ画像の画像濃度を濃度センサ６０が読み取り、その濃度センサ６０からの信号に基づき階調特性検出部１２３が各階調パッチ画像の階調レベルと、検出した画像濃度とを対応させた階調特性（エンジン部ＥＧのガンマ特性）を作成し、メインコントローラ１１の補正テーブル演算部１１９に出力する。そして、補正テーブル演算部１１９が、階調特性検出部１２３から与えられた階調特性に基づき、実測されたエンジン部ＥＧの階調特性を補償して理想的な階調特性を得るための階調補正テーブルデータを計算し、階調補正テーブル１１８の内容をその計算結果に更新する。こうして階調補正テーブル１１８を変更設定する。こうすることで、この画像形成装置では、装置のガンマ特性のばらつきや経時変化によらず、安定した品質で画像を形成することができる。
【００３６】
次に、このように構成された画像形成装置において、画像の形成に消費されるトナーの量を算出するトナーカウンタ２００の動作および構成について説明する。図３に示すように、この画像形成装置では、エンジンコントローラ１０にトナーカウンタ２００が設けられている。トナーカウンタ２００は、メインコントローラ１０内において色変換部１１４から階調補正部１１５に与えられるＣＭＹＫ各色ごとの多階調データに基づいて、画像の形成に消費されるトナーの量を各色ごとに算出する。
【００３７】
図４はトナーカウント技術の原理を説明するための図である。色変換後のＣＭＹＫ階調データは、形成される画像が有すべき目標画像濃度を表している。より詳しくは、画像を構成する印刷ドットのそれぞれが有すべき階調値が、各色ごとにＣＭＹＫ階調データにより表されている。一方、エンジン部ＥＧに送られるデータは、階調補正部１１５およびハーフトーニング部１１６により必要なデータ処理が施された処理後の階調データである。このうち階調補正部１１５においては、エンジン部ＥＧのガンマ特性を補償するようなデータ処理が行われる。つまり、階調補正部１１５から出力されるデータは、入力されるＣＭＹＫ階調データに対しガンマ特性の逆特性に相当する特性を有している。また、ハーフトーニング部１１６においては、出力される画像が所望の階調再現性を有するようにデータ処理が行われる。
【００３８】
こうしてデータ処理が施された後の画像データに基づきエンジン部ＥＧにより形成されシート上に転写・定着された画像の濃度（実画像濃度）は、エンジン部ＥＧのガンマ特性および後で説明するトナー付着量対画像濃度特性の影響を受ける。逆に言えば、これらの特性によらず安定した画質が得られるのは、エンジン部ＥＧのガンマ特性およびトナー量対画像濃度特性をキャンセルして所望の画像濃度が得られるように、ハーフトーニング部１１６から出力される画像データが加工されているからである。
【００３９】
図５は入力階調値と画像濃度との間の関係の例を示す図である。より具体的には、入力された画像信号を色変換した後のＣＭＹＫ階調データの有する階調値（入力階調値）と、当該階調データに基づき形成される画像の実画像濃度との関係を示す図である。例えば、写真画像を忠実に表現したいというニーズに対しては、カーブ（ａ）に示すように、入力階調値と実画像濃度とがほぼ線形となるような関係を持たせるとよい。一方、写真画像の輪郭を強調して表現したい場合や、文字を主体とする画像を形成する場合には、カーブ（ｂ）に示すような関係を与えて画像のコントラストを高めるのが望ましい。ハーフトーニング部１１６は、画像データに対し適宜のスクリーン処理を施すことによって、入力階調値と実画像濃度との間の相関性が所望の特性となるようにする。
【００４０】
したがって、装置の動作条件が適正に制御されている限り、形成すべき画像の目標濃度を表すＣＭＹＫ階調データと、最終的にシートＳ上において得られる実画像濃度との間には一定の相関性（第１相関性）が維持されている。一方、以下に説明するように、実画像濃度とその画像を構成するトナーの量との間には非線形の関係（第３相関性）がある。
【００４１】
図６はトナー付着量と画像濃度との関係を示す図である。ここではトナー付着量に対する画像濃度が示す特性を「トナー量対画像濃度特性」と称することとする。図６に示すように、トナー付着量を増やしていくと画像濃度は概ねこれに比例して増加するが、トナー付着量がある程度より大きくなると画像濃度の上昇は鈍り、最終的には飽和してほとんど変化しなくなる。これは、シートＳの表面がトナーに覆われてしまうとその部分の画像濃度はほぼトナーの色合いとなり、それ以上にトナーの量を増やしても画像濃度は高くならないからである。以下では、トナー量対画像濃度特性（図６）において、画像濃度がトナー付着量にほぼ比例する領域を「比例領域」、画像濃度があまり変化しない領域を「飽和領域」と称することとする。
【００４２】
この種の画像形成装置では、階調値を最大としたときのトナー付着量が飽和領域に入るように、例えば階調値２５５（１００％）のベタ画像濃度が図６の値Ｄmaxとなるように、装置の動作条件を定めるのが好ましい。こうすることで、ベタ画像や文字主体の画像において、トナー付着量のばらつきが濃度ムラとして目につくのを防止することができるからである。しかしながら、このようにするとトナー付着量と画像濃度とは必ずしも比例せず、図６に示すように、トナー付着量が比較的多い領域では画像濃度の増加が少なくなる。
【００４３】
図７は入力階調値とトナー付着量および画像濃度との関係を示す図である。色変換後のＣＭＹＫ階調データにデータ処理を行わずそのまま画像形成に供した場合には、図７（ａ）に示すように、トナー付着量（実線）はほぼ入力階調値に比例する一方、画像濃度（破線）は高階調値域で飽和する傾向を示す。この点を考慮して、画像濃度が入力階調値にほぼ比例するようにデータ処理を行って画像を形成すると、図７（ｂ）に示すように、高階調値域でトナー付着量の増加が大きくなる。つまり、色変換直後のＣＭＹＫ階調データと、これに対応する画像の形成に消費されるトナーの量との間には、図７（ｂ）の破線に示すような非線形の相関性（第２相関性）がみられる。
【００４４】
色変換後の階調データに基づきトナー消費量を求める際に必要なのは、階調データとトナー付着量との相関性、つまり図７（ｂ）の破線に示す第２相関性である。すなわち、階調データと、第２相関性とに基づいてトナー消費量を求めることにより、トナー消費量を精度よく求めることが可能となる。以下では、上記した原理に基づいてトナー消費量を算出するトナーカウンタの２つの実施形態について順次説明する。
【００４５】
＜第１実施形態＞
この発明にかかるトナーカウンタの第１実施形態では、既知の特性から上記した第２相関性を求めておき、その第２相関性に基づいて、ＣＭＹＫ階調データにより表される階調値の値を補正しながら積算する。入力された画像データとシートＳ上における実画像濃度との間の相関性（第１相関性）は、装置が目指すべき相関性として規定されたものであるから当然に既知である。また、トナー付着量と画像濃度との間の相関性（第３相関性）は、主としてトナーの物性によって決まるものであるから、使用するトナーに応じて予め求めておくことができる。そして、画像データと実画像濃度との間の相関性（第１相関性）は、画像データとトナー付着量との間の相関性（第２相関性）と、トナー付着量と実画像濃度との間の相関性（第３相関性）とを合成してなる総合的な特性であるから、第２相関性は、既知の第１相関性から既知の第３相関性の寄与分を差し引いたものである（図５参照）。ここで、第１相関性は、ハーフトーニング部１１６において適用されるスクリーンの種類ごとに異なったものとなるので、第２相関性についても、スクリーンの種類ごとに定めておく必要がある。
【００４６】
図８は第２相関性の定め方の原理を説明するための図である。図８（ａ）の実線で示すように、入力階調値と実画像濃度とがほぼ比例するような特性を有するスクリーン（図８においては「Ｓｃｒ−ａ」と表記）を用いた場合には、高階調値域での濃度飽和を補うために、図８（ｂ）の実線に示すように、入力階調値に対するトナー付着量の相関性（第２相関性）は、高階調値域で傾きが増加する形となる。また、図８（ａ）の破線で示すように、コントラストを強調するようなスクリーン（図８においては「Ｓｃｒ−ｂ」と表記）を用いた場合には、高階調値域でのトナー付着量の増大がより顕著となるので、第２相関性は図８（ｂ）の破線で示すようになる。
【００４７】
図９はこの発明にかかるトナーカウンタの構成を示す図である。このトナーカウンタ２００には、メインコントローラ１１の色変換部１１４から階調補正部１１５に送られる階調データを補正用テーブル２０１に基づき補正するデータ補正部２０２が設けられている。
【００４８】
図１０は第１実施形態における補正用テーブルの補正特性を示す図である。補正用テーブル２０１には、図１０の特性がテーブル化されて記憶されている。この補正特性は、図８（ｂ）に示す第２相関性を示す曲線を簡略化したものに他ならない。すなわち、高階調値域でトナー付着量が増大するという図８（ｂ）の特性を、ある入力階調値Ｌ1までは入力に比例した出力を返す一方、それ以上の入力に対しては全て最大値を返すという特性により近似的に表している。つまり、データ補正部２０２では、値Ｌ1までの階調値のデータは全てそのままの値が出力されるが、値Ｌ1以上の階調値のデータは全て最大値（２５５）に補正されて出力される。すなわち、ここでは、値Ｌ1以上のデータが補正の対象となる。このように、ある値まではそのまま、ある値以上については一定値を出力するようにすることで、テーブルの構成を簡単にして、メモリ資源を節約することができる。
【００４９】
図１１は補正対象範囲の境界を示す図である。図１１に示すように、補正の対象となる範囲、つまり値Ｌ1はトナー色ごとに、またスクリーンの種類ごとに個別に設定される。トナー色ごとにＬ1の値が異なるのは、トナーの物性が色ごと異なること、色ごとに適用されるスクリーンの種類が異なることを反映している。また、スクリーンの種類によってＬ1の値が異なるのは、補正用テーブル２０１は第２相関性を模式化したものであり、図８（ｂ）に示すように、スクリーンの種類により第２相関性が異なるためである。
【００５０】
図９に戻ってトナーカウンタ２００の説明を続ける。データ補正部２０２により補正された値はアキュムレータ２０３により積算される。そして、所定の単位（例えば１ページ単位）で積算された積算値に対して、１階調値あたりのトナー付着量に相当する所定の係数Ｋ0が乗じられて、画像の形成に消費されたトナーの量が求められる。
【００５１】
さらに、アキュムレータ２０３に保存された積算値と係数Ｋ0との積に対しＣＰＵ１０１から与えられるオフセット値Ｃoffが加算される。このオフセット値Ｃoffとは、与えられた画像データに対応した画像形成に寄与しない形で消費されたトナー量に相当する値である。このようなトナーとしては、現像ローラ４４から離脱し、感光体２２に付着してカブリを生じさせたり装置内部に飛散するトナーや、装置の性能維持のための制御動作において装置内部で消費されるトナーなどがある。この実施形態における各種のパッチ画像の形成に消費されるトナーもこれに含まれる。このようにして消費されるトナーの量は装置の稼働時間や画像形成枚数、装置の動作条件などと相関があるので、エンジンコントローラ１０により管理されているこれらの情報に基づいて、当該期間におけるトナー消費量を推定しオフセット値Ｃoffとし、画像データに対応するトナー消費量にこのオフセット値を加算した合計を装置全体としてのトナー消費量とする。
【００５２】
こうして求められたトナー消費量については、エンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１が管理しており、必要に応じて、ＲＡＭ１０７あるいは各現像器４Ｙ等のメモリ９１等に記憶させる。また、求められたトナー消費量の値から各現像器のトナー残量を推定することが可能であり、現像器内のトナー残量が所定値以下まで減少したと判断されるときには表示部１２に現像器の交換を促すメッセージを表示させるなど、装置の消耗品管理に役立てることができる。
【００５３】
以上のように、この発明にかかるトナーカウンタの第１実施形態では、色変換後の画像データとトナー付着量との関係（第２相関性）を表す特性を、画像データと実画像濃度との関係（第１相関性）およびトナー付着量と実画像濃度との関係（第３相関性）とに基づいて予め求めてテーブル化しておき、画像データをこのテーブルに基づき補正しながら積算し、その積算値に基づきトナー消費量を求めている。このように、トナー消費量算出のために設けた補正テーブルに基づき画像データを補正しながら積算することにより、この実施形態では、トナー消費量を精度よく求めることができる。また、トナー色ごとに、またスクリーンごとに補正のしかたを変えることにより、形成される画像やデータ処理の内容によらず、常に精度よくトナー消費量を求めることができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、色変換後の画像データとトナー付着量との関係を簡略化したものを補正テーブルとしているが、図８（ｂ）に示すカーブをそのままテーブル化するようにしてももちろん構わない。
【００５５】
＜第２実施形態＞
上記したトナーカウンタの第１実施形態では、既知の特性に基づき予め求めた第２相関性をテーブル化しておき、そのテーブルに基づき色変換後の画像データを補正することで、トナー消費量の算出精度向上を図っている。これに対して、以下に説明するトナーカウンタの第２実施形態では、パッチ画像の濃度検出結果から第２相関性を取得し、そうして得た特性に基づいて画像データを補正するようにしている。なお、第２実施形態のトナーカウンタの構成は、先に説明した第１実施形態のもの（図８）と同一であり、補正用テーブルの中身のみが第１実施形態と相違している。そこで、ここでは、第１実施形態の構成と同一の構成については説明を省略し、第２実施形態における補正用テーブルの内容について主に説明する。
【００５６】
前述したように、この画像形成装置では、装置のガンマ特性を補償することを目的として、階調パッチ画像の形成とその濃度検出を行っている。この結果を利用して、補正用テーブルを設定することができる。階調パッチ画像は、階調値を多段階に変化させながら形成した画像である。また、装置の「生の」ガンマ特性を取得することが目的であるから、階調パッチ画像に対応する画像データには特別なデータ処理は加えられていない。データ処理をせずに画像を形成すると、その画像濃度は、図７（ａ）に示すように高階調域レベル域で画像濃度が飽和するトナー量対画像濃度特性と装置のガンマ特性とが合成された特性を示す。
【００５７】
図１２は階調パッチ画像の濃度の例を示す図である。階調パッチ画像の濃度検出結果が例えば図１２の実線で示すような特性を有していたとすると、その逆特性に相当する破線の特性を予め画像データに与える補正を行うことで、補正後の画像濃度は元の入力階調値に対して線形となる。この破線で示した特性は、図７（ｂ）に示す入力階調値とトナー付着量との間の関係、すなわち第２相関性に相当するものである。また、図１２の破線の特性は、ガンマ補正前の入力階調値とガンマ補正後の出力階調値との関係を示すものでもある。したがって、階調パッチ画像の濃度検出結果に基づいて階調補正テーブル１１８が更新された後、階調補正部１１５の入力データと出力データとの間で値を比較したものが、求める第２相関性を表すものとなる。
【００５８】
図１３は第２実施形態における補正用テーブルの補正特性を示す図である。ここでは、図１２の破線で示す第２相関性を、入力階調値Ｌkで傾きの変化する折れ線に近似している。この特性をテーブル化して補正用テーブル２０１（図９）に記憶させておき、この補正特性に基づきデータ補正部２０２で画像データを補正しながら積算することにより、この実施形態においても、上記した第１実施形態と同様に、トナー消費量を精度よく求めることが可能となる。
【００５９】
なお、図１３の補正特性は、図８（ａ）の実線で示す中間調重視のスクリーン（Ｓｃｒ−ａ）に対応するものである。図８（ａ）の破線で示すコントラスト強調のスクリーン（Ｓｃｒ−ｂ）に対しては、図１３の特性に図８（ａ）の破線の特性を加えた特性が、補正用テーブル２０１の補正特性となる。
【００６０】
また、この実施形態では１つの変曲点を持つ折れ線で第２相関性を近似しているが、二つ以上の変曲点を持つ折れ線や、他の関数曲線により近似した補正特性としてもよい。また、入力階調値をいくつかの区域に分割して階段状の補正特性を与えるようにしてもよい。
【００６１】
以上説明したように、上記各実施形態においては、メインコントローラ１１の各処理ブロックのうち階調補正部１１５およびハーフトーニング部１１６が本発明の「データ処理手段」として機能している。また、エンジン部ＥＧが本発明の「像形成手段」として機能しており、中間転写ベルト７１および濃度センサ６０がそれぞれ本発明の「像担持体」および「濃度検出手段」に相当している。また、上記各実施形態では、トナーカウンタ２００が本発明の「トナー消費量算出手段」として機能している。さらに、上記各実施形態においては、色変換部１１４から出力される色変換後の画像データが本発明の「入力画像データ」に相当する一方、ハーフトーニング部１１６から出力される画像データが本発明の「出力画像データ」に相当している。
【００６２】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態では、ホストコンピュータからＲＧＢ画像データを受信してトナー色（ＣＭＹＫ）に色変換した後の画像データに基づいてトナー消費量を求めているが、例えばモノクロ画像の場合であってブラック色に対応する画像データのみが送信される場合など、もともとトナー色に対応した画像データが送られてくる場合には、当然に色変換を行うことなくそのままトナー消費量算出に供することができる。
【００６３】
また、上記各実施形態では、形成される画像の内容によらず、画像データを補正しながら積算することでトナー消費量を算出するようにしているが、画像の内容によって補正を行うか否かを判断し、必要なときのみ補正を行うようにしてもよい。前記したように、中間調再現性を重視して、入力階調値と実画像濃度とが比例するように画像を形成するような場合には、ガンマ補正が適正に行われていれば、入力階調値とトナー付着量との関係も線形に近いものとなる。このような場合には、補正を行わず入力階調値をそのまま積算しても誤差はさほど大きくならないと期待される。
【００６４】
さらに、上記実施形態の構成に限定されず、例えばブラック色トナーに対応した現像器のみを備えモノクロ画像を形成する装置や、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写シートなど）を備える装置、さらには複写機、ファクシミリ装置など他の画像形成装置に対しても、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明を好適に適用することのできる画像形成装置の構成例を示す図。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】この装置における信号処理ブロックを示す図。
【図４】トナーカウント技術の原理を説明するための図。
【図５】入力階調値と画像濃度との間の関係の例を示す図。
【図６】トナー付着量と画像濃度との関係を示す図。
【図７】入力階調値とトナー付着量および画像濃度との関係を示す図。
【図８】第２相関性の定め方の原理を説明するための図。
【図９】この発明にかかるトナーカウンタの構成を示す図。
【図１０】第１実施形態における補正用テーブルの補正特性を示す図。
【図１１】補正対象範囲の境界を示す図。
【図１２】階調パッチ画像の濃度の例を示す図。
【図１３】第２実施形態における補正用テーブルの補正特性を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
６０…濃度センサ（濃度検出手段）、７１…中間転写ベルト（像担持体）、１１５…階調補正部（データ処理手段）、  １１６…ハーフトーニング部（データ処理手段）、  ２００…トナーカウンタ（トナー消費量算出手段）、  ＥＧ…エンジン部（像形成手段）、  Ｓ…シート（記録媒体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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